倒車雷達設(shè)計電子工程系畢業(yè)

采用超聲波測距原理，駕駛者在倒車時，將汽車的擋位推到R擋，啟動倒車雷達，在控制器的控制下，由裝置于車尾保險扛上的探頭發(fā)送超聲波，遇到障礙物，產(chǎn)生回波信號，傳感器接收到回波信號后經(jīng)控制器進行數(shù)據(jù)處理，從而計算出車體與障礙物之間的距離，判斷出障礙物的位置，再由LED顯示器和蜂鳴器聲發(fā)出警示信號，從而使駕駛者倒車時不至于撞上障礙物。整個過程，駕駛者無須回頭便可知車后的情況，使停車和倒車更容易，更安全。本文在查閱、分析國內(nèi)外倒車雷達系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合最新研究成果，對基于超聲波測距的倒車雷達預(yù)警系統(tǒng)的研制進行了深入探討和研究。該系統(tǒng)分為測距模塊、系統(tǒng)控制模塊和顯示報警模塊，并分別對其進行方案分析，構(gòu)建了倒車雷達預(yù)警系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)架和設(shè)計方案；在硬件電路中，詳細闡述了運用單片機技術(shù)實現(xiàn)的可視倒車雷達預(yù)警系統(tǒng)的測距實現(xiàn)原理，分析了以AT89S52單片機為主控單元的系統(tǒng)硬件設(shè)計，并通過系統(tǒng)仿真研究，驗證了系統(tǒng)的可靠性和可行性。TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1緒論 1\o"CurrentDocument"1.1倒車雷達防撞的意義 1\o"CurrentDocument"1.2倒車雷達的發(fā)展過程 2\o"CurrentDocument"1.3本文主要內(nèi)容 3\o"CurrentDocument"2系統(tǒng)構(gòu)建與方案設(shè)計 4\o"CurrentDocument"2.1系統(tǒng)設(shè)計要求 4\o"CurrentDocument"2.2系統(tǒng)構(gòu)建 4\o"CurrentDocument"2.3系統(tǒng)方案設(shè)計 52.3.1測距系統(tǒng)方案設(shè)計 52.3.2控制系統(tǒng)方案設(shè)計 62.3.3顯示報警系統(tǒng)方案設(shè)計 72.3.4系統(tǒng)探測范圍及傳感器布點的確定 8\o"CurrentDocument"2.4本章小結(jié) 9\o"CurrentDocument"3系統(tǒng)硬件設(shè)計 9\o"CurrentDocument"3.1系統(tǒng)硬件設(shè)計思想 9\o"CurrentDocument"3.2測距系統(tǒng)設(shè)計 103.2.1超聲波發(fā)射模塊電路設(shè)計 113.2.2超聲波接收模塊電路設(shè)計 123.2.3測溫電路設(shè)計 13\o"CurrentDocument"3.3控制系統(tǒng)設(shè)計 143.3.1AT89S52單片機最小系統(tǒng)設(shè)計 143.3.3換向選通電路設(shè)計 152.3.4電源模塊電路設(shè)計 16\o"CurrentDocument"3.3顯示報警模塊電路設(shè)計 173.3.1顯示模塊電路設(shè)計 173.3.2報警模塊電路設(shè)計 183.4.1本章小結(jié) 194系統(tǒng)軟件設(shè)計 194.1主程序設(shè)計 194.2超聲波測距子程序及其流程圖 204.3超聲波測距流程圖 22\o"CurrentDocument"4總結(jié)與展望 245致謝 256參考文獻 267附錄 271緒論自2002年以來，家用轎車成為繼購房之后的又一大消費熱點。據(jù)新華社報道，2003年4月份中國轎車產(chǎn)量高達16.69萬輛，同比增長83%;中國國家汽車行業(yè)“十五”規(guī)劃研究組預(yù)測，2005年和2010年，全國轎車總有量將分別達到843—869萬輛和1423—1542萬輛，轎車需求量為110—121萬輛和193—220萬輛；國際汽車制造商協(xié)會也在最近預(yù)測，中國今年將成為第三大汽車市場，同時也證明中國將成為全球汽車配套服務(wù)產(chǎn)業(yè)的第四大市場，汽車用品及服務(wù)行業(yè)正趕上歷史上從未有過的空前繁榮期。另據(jù)有關(guān)專業(yè)機構(gòu)統(tǒng)計，目前有車一族用于每輛新購汽車的平均裝潢費用450。元?，F(xiàn)在是汽車越來越多，車位越來越多，泊位越來越小，新司機越來越多，女司機越來越多，刮蹭等倒車事故越來越多，因倒車事故引發(fā)的糾紛越來越多。以上的事實及數(shù)字讀起來索然無味，但卻實實在在地告訴我們一種消費的趨勢正在形成，一片近乎空白的市場已凸現(xiàn)眼前?，F(xiàn)在汽車出廠大多都不配備倒車雷達，有安裝倒車雷達的車也是和倒車雷達廠家合作生產(chǎn)，基于此，計劃自主設(shè)計開發(fā)一種主要用于售后市場的、結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、成本低廉的倒車雷達。1.1倒車雷達防撞的意義“往后倒一點，再往后，打方向盤，打多了，回一點再倒，好，停?！毕嘈乓话愕能囍髟谕＼噲霾次粫r，都會遇到車輛保管員的“熱情招呼”。車技純熟的倒也與人工提示配合默契；車技一般、方向感較差的，就經(jīng)常使負責指揮的那位人士高度緊張，脾氣急躁的還少不了擠兌車主幾句?？墒?，并不是所有車主都有幸得到人工倒車指引，比如，有時回家晚了，一個人慢慢倒車，不小心還真容易磕磕碰碰，更有甚者，倒車時沒注意到車后有個小孩老人什么的，后果就會比較嚴重。有鑒于此，汽車高科技產(chǎn)品家族中，專為汽車倒車泊位設(shè)置的“倒車雷達”因此應(yīng)運而生，而且，越來越先進的產(chǎn)品電投放到市場中，廣為人知。倒車雷達是汽車泊車安全輔助裝置，能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車和起動車輛對前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。1.2倒車雷達的發(fā)展過程倒車雷達，又稱泊車輔助系統(tǒng)，或稱倒車電腦警示系統(tǒng)。它是汽車泊車或者倒車時的安全輔助裝置，由超聲波傳感器（俗稱探頭）、控制器和顯示器（或蜂鳴器）等部分組成。它能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況，解除了駕駛員泊車、倒車和啟動車輛時前后左右探視所引起的困擾，并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷，提高駕駛的安全性。現(xiàn)在市面上的倒車雷達大多采用超聲波測距原理，駕駛者在倒車時，將汽車的擋位推到R擋，啟動倒車雷達，在控制器的控制下，由裝置于車尾保險杠上的探頭發(fā)送超聲波，遇到障礙物，產(chǎn)生回波信號，傳感器接收到回波信號后經(jīng)控制器進行數(shù)據(jù)處理，從而計算出車體與障礙物之間的距離，判斷出障礙物的位置，再由顯示器顯示距離并發(fā)出警示信號，從而使駕駛者倒車時不至于撞上障礙物。整個過程，駕駛者無須回頭便可知車后的情況，使停車和倒車更容易、更安全。第一代：倒車時通過喇叭提醒?！暗管囌堊⒁狻毕氡夭簧偃诉€記得這種聲音，這就是倒車雷達的第一代產(chǎn)品，現(xiàn)在只有小部分商用車還在使用。只要司機掛上倒檔，它就會響起，提醒周圍的人注意。從某種意義上說，它對司機并沒有直接的幫助，不是真正的倒車雷達。價格便宜，基本屬于淘汰產(chǎn)品。第二代：采用蜂鳴器不同聲音提示駕駛員。這是倒車雷達系統(tǒng)的真正開始。倒車時，如果車后1.8米一1.5米處有障礙物，蜂鳴器就會開始工作。蜂鳴聲越急，表示車輛離障礙物越近。但沒有語音提示，也沒有距離顯示，雖然司機知道有障礙物，但不能確定障礙物離車有多遠，對駕駛員幫助不大。第三代：數(shù)碼波段顯示具體距離或者距離范圍。這代產(chǎn)品比第二代進步很多，可以顯示車后障礙物離車體的距離。如果是物體，在1.8米開始顯示；如果是人，在。.9米左右的距離開始顯示。這一代產(chǎn)品有兩種顯示方式，數(shù)碼顯示產(chǎn)品顯示距離數(shù)字，而波段顯示產(chǎn)品由三種顏色來區(qū)別：綠色代表安全距離，黃色代表警告距離，紅色代表危險距離必須停止倒車。第三代產(chǎn)品把數(shù)碼和波段組合在一起，但比較實用，但安裝在車內(nèi)不太美觀。第四代：液晶熒屏動態(tài)顯示。這一代產(chǎn)品有一個質(zhì)的飛躍，特別是屏幕顯示開始出現(xiàn)動態(tài)顯示系統(tǒng)。不用掛倒檔，只要發(fā)動汽車，顯示器上就會出現(xiàn)汽車圖案以及車輛周圍障礙物的距離，色彩清晰漂亮，外表美觀，可以直接粘貼在儀表盤上，安裝很方便。不過液晶顯示器外觀雖精巧，但靈敏度較高，抗干擾能力不強，所以誤報也較多。第五代：魔幻鏡倒車雷達。結(jié)合了前幾代產(chǎn)品的優(yōu)點，采用了最新仿生超聲雷達技術(shù)，配以高速電腦控制，可全天候準確地測知2米以內(nèi)的障礙物，并以不同等級的聲音提示和直觀的顯示提醒駕駛員。魔幻鏡倒車雷達可以把后視鏡、倒車雷達、免提電話、溫度顯示和車內(nèi)空氣污染顯示等多項功能整合在一起，并設(shè)計了語音功能。因為其外形就是一塊倒車鏡，所以可以不占用車內(nèi)空間，直接安裝在車內(nèi)后視鏡的位置。而且顏色款式多樣，可以按照個人需求和車內(nèi)裝飾選配。第六代：整合影音系統(tǒng)。它在第五代產(chǎn)品的基礎(chǔ)上新增了很多功能，屬于第六代產(chǎn)品，是專門為高檔轎車生產(chǎn)的。從外觀上來看，這套系統(tǒng)比第五代產(chǎn)品更為精致典雅；從功能上來看，它除了具備第五代產(chǎn)品的所有功能之外，還整合了高檔轎車具備的影音系統(tǒng)，可以在顯示器上觀看DVD影像。目前市場上倒車雷達品牌多達二十幾種，價格從上百元到一兩千元不等，選購倒車雷達可以從如下方面考慮：功能、性能、外觀、質(zhì)量、安裝、價格等。1.3本文主要內(nèi)容本文的主要研究內(nèi)容是汽車倒車雷達預(yù)警硬件系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)，以及在此基礎(chǔ)上進行系統(tǒng)的計算機仿真，以驗證系統(tǒng)的可靠性和有效性。論文共分5章，各章主要內(nèi)容如下：第l章緒論。包括倒車雷達的意義和發(fā)展過程。第2章系統(tǒng)總體方案設(shè)計。首先介紹課題的設(shè)計要求，詳細介紹系統(tǒng)測距模塊、控制模塊和顯示報警模塊的方案設(shè)計，然后提出本系統(tǒng)的方案設(shè)計并分析影響超聲波傳感器工作的多種因素。第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計。詳細討論了系統(tǒng)測距模塊、控制模塊、顯示報警模塊的硬件電路設(shè)計，具體討論測距模塊中的超聲波發(fā)射電路設(shè)計和超聲波接收電路設(shè)計。第4章總結(jié)和展望。對全文進行總結(jié)，指出不足之處，對倒車雷達預(yù)警系統(tǒng)的發(fā)展前景進行展望。2系統(tǒng)構(gòu)建與方案設(shè)計2.1系統(tǒng)設(shè)計要求汽車倒車雷達預(yù)警系統(tǒng)由三個部分組成，分別為測距部分、控制系統(tǒng)部分和顯示報警部分。本系統(tǒng)的主要功能是：當車掛入倒檔后，蜂鳴器發(fā)出間隔頻率為1HZ的BiBi聲；在汽車距障礙物距離小于0.60米時，報警指示燈亮，同時在顯示屏上顯示最小車距以提醒駕駛者。2.2系統(tǒng)構(gòu)建按照系統(tǒng)設(shè)計要求，重點介紹硬件部分，硬件系統(tǒng)設(shè)計采用模塊化思想。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)分為三個主要模塊：測距系統(tǒng)模塊、控制系統(tǒng)模塊和顯示報警系統(tǒng)模塊。并對該系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型，對其進行了倒車仿真試驗研究，以提供較為可靠的方法給駕駛者完成倒車任務(wù)。整個系統(tǒng)根據(jù)“回波測距”的原理設(shè)計的，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。發(fā)射模塊控=>蜂鳴器——— 制 ——— 系 接收模塊統(tǒng)=>數(shù)據(jù)顯示圖2-1汽車倒車雷達預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖各模塊所完成的具體功能如下：測距系統(tǒng)模塊：針對超聲波傳感器設(shè)計的發(fā)送模塊、接收模塊和控制系統(tǒng)共同完成測距功能?？刂葡到y(tǒng)模塊：本系統(tǒng)以單片機為控制核心，控制整個系統(tǒng)的運行，對各個接口電路進行控制，發(fā)射脈沖，檢測到回波后，進行數(shù)據(jù)處理，測出從超聲波發(fā)射到接收回波信號的時刻差，從而測出距離。顯示報警系統(tǒng)模塊：顯示最小距離及報警以提醒駕駛員。除此之外，系統(tǒng)探測范圍及傳感器的布點對倒車也有很大的影響，如果系統(tǒng)探測范圍及傳感器的布點設(shè)置不當，那么就容易出現(xiàn)盲區(qū)，對汽車周圍的障礙物探測不出，容易出現(xiàn)倒車事故。而且在有的環(huán)境下，易造成無法偵測及偵測不良之情況。2.3系統(tǒng)方案設(shè)計2.3.1測距系統(tǒng)方案設(shè)計超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。構(gòu)成晶片的材料可以有許多種。晶片的大小，如直徑和厚度也各不相同，因此每個探頭的性能是不同的，我們使用前必須預(yù)先了解它的性能。其原理為：在超聲波發(fā)射器兩端輸入40KHZ脈沖串，脈沖信號經(jīng)過超聲波內(nèi)部振子，振蕩產(chǎn)生機械波，并通過空氣介質(zhì)傳播到被測面，由被測面反射到超聲波接收器接收，在超聲波接收器兩端，信號是毫伏級的正弦波信號，超聲波經(jīng)氣體介質(zhì)的傳播到接收器的時間，即為往返時間。往返時間與氣體介質(zhì)中的聲速相乘，就是聲波傳輸?shù)木嚯x。圖2-3是超聲波測距的原理圖。超聲波探頭障礙物發(fā)射波反射波超聲波探頭障礙物發(fā)射波反射波圖2-3超聲波測距的原理圖2.3.2控制系統(tǒng)方案設(shè)計在控制系統(tǒng)的方案選擇上，由于整個系統(tǒng)的設(shè)計涉及到數(shù)據(jù)處理，控制實時性等問題，選用基于微控制器的系統(tǒng)，電路的實現(xiàn)不僅簡單而且成本低、功耗低、能大大縮小整個系統(tǒng)的體積。本系統(tǒng)是精密實時采集傳輸系統(tǒng)，需要微控制器有很強的抗干擾能力，而且要求微控制器內(nèi)部有看門狗定時器，以便在程序走飛時能自動復(fù)位；執(zhí)行指令速度要快，以便能高速處理采集到實時數(shù)據(jù)。所以微控制器選用Atmel公司的AT89S52單片機的控制系統(tǒng)。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在線可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁發(fā)射傳感器發(fā)射電路接收傳感器接收電路單片機控制報警電路顯示距離發(fā)射傳感器發(fā)射電路接收傳感器接收電路單片機控制報警電路顯示距離圖2-4單片機控制系統(tǒng)有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標準功能:8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。2.3.3顯示報警系統(tǒng)方案設(shè)計顯示器應(yīng)用極為廣泛，是一種輸出設(shè)備，綜合課題的實際要求、成本以及考慮單片機的接口資源，本設(shè)計使用三個DPY_7-SEG_DP共陰二極管顯示器，由于倒車時距離障礙物的距離本來就比較近，大概在3米以內(nèi)，所以一個三位的LED顯示器就可以達到要求。報警裝置采用的是有源蜂嗚器，根據(jù)距離遠近進行報警，以提示駕駛員。2.3.4系統(tǒng)探測范圍及傳感器布點的確定超聲波傳感器發(fā)射超聲波有一定的角度范圍，下圖為常用超聲波傳感器的探測角度：

影響超聲波探測的因素以上陰影區(qū)只是超聲波傳感器發(fā)射超聲波的覆蓋區(qū)，而覆蓋區(qū)內(nèi)的障礙物是否能被探測到，則與以下因素有關(guān)：從物理學(xué)的反射原理可知：超聲波的反射規(guī)律為反射角等于入射角，因此，反射波是否能被超聲波傳感器捕捉，與反射面的角度有關(guān)。反射面的大小不同，也會影響反射波的強度。另外，障礙物會吸收掉一部分超聲波，反射回去的只是其中一部分，而吸收多少，反射又是多少，則與障礙物的材質(zhì)和表面處理相關(guān)。疏松、多孔的表面較易吸收音波而導(dǎo)致反射效率較低，不易被偵測。超聲波在空氣中傳輸時也會衰減，所以同一個反射面，同樣的角度，距離越遠，發(fā)射和反射的超聲波衰減越大，越不易被測到。以上幾點簡單的說就是：角度、大小、表面材質(zhì)和距離這些因素綜合起來，決定障礙物是否會被探測到。2.4本章小結(jié)本章首先根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，介紹了系統(tǒng)構(gòu)建，然后詳細闡述了系統(tǒng)的方案設(shè)計，對系統(tǒng)的三個模塊：測距系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和顯示報警系統(tǒng)分別方案設(shè)計，確定了本系統(tǒng)以AT89S52單片機系統(tǒng)為核心，以UCM-T40KI、UCM-R40KI為超聲波發(fā)射、接收器的汽車倒車雷達預(yù)警系統(tǒng)的方案設(shè)計并分析影響超聲波傳感器工作的多種因素。3系統(tǒng)硬件設(shè)計本章講述倒車雷達系統(tǒng)的各個模塊的設(shè)計和主要元器件的介紹。包括測距系統(tǒng)設(shè)計（超聲波發(fā)送接收系統(tǒng)）、單片機控制系統(tǒng)設(shè)計和顯示報警系統(tǒng)設(shè)計。其中，測距系統(tǒng)由超聲波發(fā)射模塊和超聲波接收模塊構(gòu)成；控制系統(tǒng)設(shè)計主要對AT89S52單片機系統(tǒng)進行設(shè)計;顯示報警系統(tǒng)設(shè)計差要對數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、蜂鳴器和靜態(tài)顯示電路進行設(shè)計。以下就各模塊的電路圖、功能及設(shè)計思路作詳細說明。3.1系統(tǒng)硬件設(shè)計思想其硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示。圖3-1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖40kHz的超聲波發(fā)送脈沖信號由微處理器的P1.0口送出，發(fā)出一系列的脈沖群，信號經(jīng)過放大，再經(jīng)過驅(qū)動電路，驅(qū)動超聲波發(fā)射頭，使發(fā)射換能器接收高電壓。其內(nèi)部的壓電晶片開始震動，經(jīng)過換能器發(fā)出40kHz的脈沖超聲波。當超聲波遇到障礙物發(fā)生反射，反射波（回波）返回到超聲波傳感器上。反射回的正弦波信號經(jīng)過放大、濾波、整形后輸入單片機的INT0端，產(chǎn)生中斷。計數(shù)器停止計數(shù)，測出從超聲波發(fā)射脈沖群時刻到接收回波信號時刻差，超聲波在同溫同介質(zhì)中的傳播速度由測溫系統(tǒng)得知，將時刻差與聲速相乘，得出距離，并顯示。3.2測距系統(tǒng)設(shè)計測距系統(tǒng)模塊由超聲波發(fā)射與回波接收電路組成，其主要作用是提高驅(qū)動超聲波傳感器的脈沖電壓輻值，有效地進行電'聲轉(zhuǎn)換，增大超聲波的發(fā)射距離。并通過收發(fā)一體的超聲波傳感器將返回的超聲波轉(zhuǎn)變成微弱的電信號，供單片機進行處理。超聲波的傳播速度一般來說只跟介質(zhì)有關(guān)，相同的介質(zhì)在不同的條件下傳播速度會有一些不同，比如溫度不同它的傳播速度也不相同，由于本設(shè)計中距離障礙物的距離很近，所以必須考慮到溫度對超聲波傳播速度的影響。3.2.1超聲波發(fā)射模塊電路設(shè)計發(fā)射電路的實現(xiàn)目的是為超聲波發(fā)射器提供它所需要的脈沖電信號。要求蕩電路振蕩頻率可調(diào)，同時具有一定的驅(qū)動能力可以驅(qū)動超聲波傳感器發(fā)出超聲波。振蕩電路的目的是為超聲波傳感器提供40KHz脈沖。用555定時器組成的多諧振蕩器如圖所示。在控制信號P1.0為高電平時，此振蕩電路啟振，調(diào)節(jié)到Ri、R2、C可得到40kHz左右的振蕩頻率。聲波在空氣中的傳播速度受空氣介質(zhì)影響，距離越遠，衰減越大。為能夠接收遠距離的回波，所以要增加驅(qū)動電路來增大功率。驅(qū)動電路的實現(xiàn)目的是為超聲波發(fā)射器提供足夠功率的脈沖信號。3.2.2超聲波接收模塊電路設(shè)計因為超聲波測距只用于近距離，當距離較遠時，衰減較為嚴重，反射回來的信號相對也比較微弱。因此接收端應(yīng)先設(shè)置一個放大電路，然后通過檢波電路對其輸出信號進行解調(diào)，最后把檢波輸出的信號送入電壓比較器進行比較，電壓比較器輸出的方波信號直接輸入單片機的INT0中斷口，產(chǎn)生中斷，停止計時，在進行數(shù)據(jù)處理運算。為了提高抗干擾性，濾波電路要針對40kHz信號進行高帶通濾波，并對該頻率信號進行放大增益。如圖：電路由集成運放A1、R圖3-6電路由集成運放A1、R圖3-6運放構(gòu)成接收電路圖A2構(gòu)成二級放大電路，R、C為無源濾波網(wǎng)絡(luò)，二極管、R9為檢波網(wǎng)絡(luò)。3.2.3測溫電路設(shè)計超聲波的傳播速度一般來說只跟介質(zhì)有關(guān)，相同的介質(zhì)在不同的條件下傳播速度會有一些不同，比如溫度不同它的傳播速度也不相同，由于本設(shè)計中距離障礙物的距離很近，所以必須考慮到溫度對超聲波傳播速度的影響。研究表明，聲音的傳播速度與溫度是成正比的，溫度越高，空氣中分子密度越小，而空氣作為聲音傳播介質(zhì)，那么聲音傳播速度會有所增強。反之溫度越低，空氣中分子密度越大，而空氣作為聲音傳播介質(zhì)，那么聲音傳播速度會有所減小。聲波與速度的關(guān)系，如表3-1所示。表3-1聲波與速度的關(guān)系溫度°C速度m/s溫度C速度m/s溫度C速度m/s0331.417341.8343521332.118342.435352.62332.61934336353.23332.820343.637353.8433421344.238354.45334.622344.8393556335.223345.440355.67335.82434641356.28336.425346.642356.8933726347.243357.410337.627347.84435811338.228348.445358.612338.82934946359.213339.430349.647359.81434031350.248360.415340.632350.84936116341.233351.450361.63.3控制系統(tǒng)設(shè)計控制系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核心，一切命令的發(fā)出、接受、處理、數(shù)據(jù)運算都是在這部分中完成的。3.3.1AT89S52單片機最小系統(tǒng)設(shè)計AT89S52單片機最小系統(tǒng)由AT89S52單片機及其外圍電路組成，是整個超聲波測距儀的核心電路。一般包括晶振電路和復(fù)位電路。晶振電路：每個單片機系統(tǒng)里都有晶振，全程是叫晶體震蕩器，在單片機系統(tǒng)里晶振的作用非常大，他結(jié)合單片機內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機所必須的時鐘頻率，單片機的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時鐘頻率越高，那單片機的運行速度也就越快。復(fù)位電路目的：在需要的時候，單片機復(fù)位，保證正常的工作循環(huán)。U1=±=C1商=±=C2商P1D.-TP11JTP12P15P11P15P16P17urninkiT1TOEATT315Q:jU——出—5317Id!■皿TVSA1DPP3ENBolCQBo+DSws0212223網(wǎng)甜五濟pppppppppPPPPPPP圖3-11單片機最小系統(tǒng)電路圖AT89S52單片機在高溫環(huán)境中穩(wěn)定性好。AT89S52單片機對很多嵌入式控制應(yīng)用提供了一個高靈活有效的解決方案。它的作用使形成用于產(chǎn)生超聲波的40KHZ信號、形成必要的時序、控制LCD字符的顯示、控制繼電器通斷以及對采集到的數(shù)據(jù)進行運算。AT89S52單片機各個引腳分布如圖所示，P10為控制超聲波發(fā)射；INT0為接收超聲波回波信號；X1和X2為單片機自身的12MHZ晶振；RESET是復(fù)位信號；P21接溫度傳感器DS18B20，測量溫度，實時計算出距離；P00一P07引腳對應(yīng)LED顯示器，控制LED顯示器的寫入字符；TXD、RXD引腳控制寫入下載程序；P20引腳輸出報警信號；當距離達到限定值就啟動蜂鳴器，開始嗚叫報警，以提醒駕駛員注意倒車情況。3.3.2換向選通電路設(shè)計收發(fā)控制電路示意圖如下圖所示，控制電路選用CD4052多路選擇開關(guān)，AB為4種組合，一種組合對應(yīng)一路探頭工作。4個探頭輪流工作，4個探頭檢測完成構(gòu)成1個檢測周期，系統(tǒng)再根據(jù)最短的障礙物距離進行報距提醒駕駛員。*IIAI![>*IIAI![>回波伯號發(fā)射信號圖3-13收發(fā)控制電路示意圖系統(tǒng)的工作流程為：單片機接通電源后，探頭驅(qū)動引腳向超聲波探頭發(fā)送驅(qū)動信號，以驅(qū)動超聲波探頭發(fā)送超聲波信號，驅(qū)動信號發(fā)送完畢后單片機等待信號返回；探頭接收到超聲波信號后，進行信號放大濾波處理，將信號送入單片機，記錄信號發(fā)送和接收的時間差，根據(jù)此時間差計算障礙物距離，控制報警信號輸出。超聲波探頭驅(qū)動采用分時順序的驅(qū)動方式，即依次對4個探頭輪流進行驅(qū)動，一個探頭的工作周期內(nèi)要包括發(fā)送和接收兩種操作。4個探頭

檢測完成構(gòu)成一個檢測周期。若前一探頭在本工作周期內(nèi)沒有接收到返回的超聲波信號，則單片機也轉(zhuǎn)入控制下一個探頭的工作。3.3.3電源模塊電路設(shè)計電源電路目的：給控制電路及其它電路提供電源。電源設(shè)計是電路設(shè)計很重要關(guān)節(jié)。它的穩(wěn)定與否涉及到電路是否能穩(wěn)定工作。用分立元器件組裝的直流穩(wěn)壓電源存在體積大，組裝、調(diào)試、維修麻煩的缺點?，F(xiàn)在隨著功率集成技術(shù)的不斷發(fā)展，人們已經(jīng)可以把直流穩(wěn)壓電源電路中的電源調(diào)整管、比較放大電路、基準電壓電路、取樣電路、過壓過流保護電路等集成在一片芯片上制成集成穩(wěn)壓器。集成穩(wěn)壓器由于使用方便、體積小、成本低、性能優(yōu)良、一致性好等優(yōu)點而在各種電子設(shè)備中得到了非常廣泛的應(yīng)用。常用的集成穩(wěn)壓器件包括三端式固定穩(wěn)壓集成電路器件78XX和79XX系列和輸出可調(diào)的集成穩(wěn)壓電源電路LM319和LM317等。用78/79系列三端穩(wěn)壓器來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。該系列集成穩(wěn)壓器型號中的78或79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如7806表示輸出電壓為正6V，7909表示輸出電壓為負9V。在實際應(yīng)用中，應(yīng)在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器（當然小功率的條件下不用）。當穩(wěn)壓管溫度過高時，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。遵照要求需要一個+5V電壓，1個+9V左右可調(diào)電壓。7805典型應(yīng)用電路圖：圖3-14由7805組成的+5V電壓示意圖3.3顯示報警模塊電路設(shè)計3.3.1顯示模塊電路設(shè)計顯示電路的目的將測距的結(jié)果進行實時顯示。顯示器是一個典型的輸出設(shè)備，而且其應(yīng)用是極為廣泛的，幾乎所有的電子產(chǎn)品都要使用顯示器，其差別僅在于顯示器的結(jié)構(gòu)類型不同而已。最常見的顯示器可以使LED數(shù)碼管，設(shè)計簡單，易于安裝，成本只要幾元。本設(shè)計使用三個DPY_7-SEG_DP共陰二極管顯示器，由于倒車時距離障礙物的距離本來就比較近，大概在3米以內(nèi)，所以一個四位的LED顯示器就可以達到要求。而且和單片機的接口設(shè)計也較簡單方便。單片機將需要顯示數(shù)據(jù)3.3.2報警模塊電路設(shè)計本系統(tǒng)在輸出電路上加上蜂鳴器作為聲音報警，當距離小于O.35米時，蜂鳴器發(fā)出間隔頻率為IHZ的BiBi聲。其電路設(shè)計如圖3-16所示。圖3-17報警模塊電路圖在圖3-16中，蜂鳴器主要由多諧振蕩器、蜂鳴器、阻抗匹配器及共鳴箱、發(fā)光二極管組成。當接通電源后（1.5?15V直流工作電匝），多諧振蕩器起振。多諧振蕩器：利用深度正反饋，通過阻容耦合使兩個電子器件交替導(dǎo)通與截止，從而自激產(chǎn)生方波輸出的振蕩器。常用作方波發(fā)生器。多諧振蕩器是一種能產(chǎn)生矩形波的自激振蕩器，也稱矩形波發(fā)生器。“多諧”指矩形波中除了基波成分外，還含有豐富的高次諧波成分。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在工作時，電路的狀態(tài)在這兩個暫穩(wěn)態(tài)之間自動地交替變換，由此產(chǎn)生矩形波脈沖信號，常用作脈沖信號源及時序電路中的時鐘信號。輸出1.5—2.5kHZ的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)盧。蜂嗚器電路由單片機的RD端控制。本系統(tǒng)報警燈由單片機脈沖信號觸發(fā)，當測距距離小于。.6米時報警燈亮。3.4.1本章小結(jié)本章首先介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計思想，然后分析了超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理和工作方式，最后根據(jù)超聲波測距的工作原理和理論分析，對超聲波發(fā)射模塊、超聲波接收模塊、測溫模塊、顯示模塊以及電源模塊的硬件電路設(shè)計進行了詳細的闡述。4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1主程序設(shè)計超聲波測距的軟件設(shè)計主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收程序及顯示子程序組成。超聲波測距的程序既有較復(fù)雜的計算（計算距離時），又要求精細計算程序運行時間（超聲波測距時），所以控制程序可采用C語言編程。主程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)定時器0為計數(shù)，設(shè)定時器1定時。置位總中斷允許位EA。進行程序主程序后，進行定時測距判斷，當測距標志位ec=1時，測量一次，程序設(shè)計中，超聲波測距頻度是4-5次/秒。測距間隔中,整個程序主要進行循環(huán)顯示測量結(jié)果。當調(diào)用超聲波測距子程序后，首先由單片機產(chǎn)生4個頻率為38.46kHz超聲波脈沖，加載的超聲波發(fā)送頭上。超聲波頭發(fā)送完送超聲波后，立即啟動內(nèi)部計時器T0進行計時，為了避免超聲波從發(fā)射頭直接傳送到接收頭引起的直射波觸發(fā)，這時，單片機需要延時約1.5-2ms時間（這也就是超聲波測距儀會有一個最小可測距離的原因，稱之為盲區(qū)值）后，才啟動對單片機P3.5腳的電平判斷程序。當檢測到P3.5腳的電平由高轉(zhuǎn)為低電平時，立即停止T0計時。由于采用單片機采用的是12MHz的晶振，計時器每計一個數(shù)就是13,當超聲波測距子程序檢測到接收成功的標志位后,將計數(shù)器T0中的數(shù)（即超聲波來回所用的時間）按式⑵計算，即可得被測物體與測距儀之間的距離。設(shè)計時取15C時的聲速為340m/s則有：d=（cXt）/2=172XT0/10000cm其中，T0為計數(shù)器T0的計算值。測出距離后結(jié)果將以十進制BCD碼方式送往LED顯示約0.5s，然后再發(fā)超聲波脈沖重復(fù)測量過程。4.2超聲波測距子程序及其流程圖voidwdzh（）TR0=0;TH1=0x00;TL1=0x00;csbint=1;sx=0;delay(1700);csbfs();csbout=1;TR1=1;i=yzsj;while(i--){}i=0;while(csbint) 〃判斷接收回路是否收到超聲波的回波{i++;if(i>=3300)csbint=0;}TR1=0;s=TH1;s=s*256+TL1;TR0=1;csbint=1;jsz=s*csbc;//計算測量結(jié)果jsz=jsz/2;}產(chǎn)生超聲波的子程序：為了方便程序移置及準確產(chǎn)生超聲波信號，本測距的超聲波產(chǎn)生程序是用匯編語言編寫的進退聲波產(chǎn)生程序。產(chǎn)生的超聲波個數(shù)為UCSBFSSEGMENTCODERSEGUCSBFSPUBLICCSBFSCSBFS:movR6,#8h ;超聲波發(fā)射的完整波形個數(shù)：共計四個here:cplp2.7 ;輸出40kHz方波nopnopnopnopnopnopnopnopnopdjnzR6,hereRETEND流程圖：N超聲波測距發(fā)送超聲波啟動計時器T04.3超聲波測距流程圖5總結(jié)與展望本小型模擬系統(tǒng)基本達到了預(yù)期的目標，仿真證實其可行性和穩(wěn)定性。實際要用的倒車雷達要在車后至少安裝兩對超聲波傳感器，以檢測到車后略寬于車的較大范圍的障礙物，左右距離的報警可以用不同頻率（聲調(diào)）區(qū)別，仍然分別用間歇嗚叫頻率報警提示距離。系統(tǒng)由于采用了單片機AT89S52,充分利用了其豐富的片上資源使得系統(tǒng)功能豐富，使用的外圍芯片減少，提高了系統(tǒng)可靠性。不過目前市場上大多數(shù)倒車雷達都或多或少存在誤報警和不報警的情況，也就是倒車雷達的穩(wěn)定性問題，這是倒車雷達最關(guān)鍵的性能，探測雷達所用的超聲波技術(shù)是一種模擬技術(shù)，性能不穩(wěn)定的雷達會出現(xiàn)亂跳的現(xiàn)象。另外，目前倒車雷達報警后，是采取駕駛員制動的方法，而非自動剎車，也是怕誤報警后的自動剎車帶來負面影響，因此下一步的工作會放在怎樣通過收集不同的探測信號建立信息庫，來正確判斷雷達所探測到的不同情況，以作出盡可能正確的反應(yīng)，最大限度避免誤報警的負面影響。隨著中國經(jīng)濟的持續(xù)增長和汽車價格的持續(xù)下降，越來越多的家庭擁有的汽車。在享受汽車給我們帶來的便利的同時，由于倒車而產(chǎn)生的問題也日益突出。本文提出的倒車雷達設(shè)計方案硬件電路簡單，具有性能好、成本低的優(yōu)點，應(yīng)該具有推廣應(yīng)用的價值。6致謝畢業(yè)論文設(shè)計完畢，大學(xué)生活馬上也就要結(jié)束?；貞涍^去，自己一生最寶貴的時光能于這樣的校園之中，能在濃厚的學(xué)習氛圍的校園中度過，覺得很有收獲。在這三年的時間里，不論是學(xué)習上，還有思想上都受益非淺。要感謝各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵。論文的設(shè)計是枯燥艱辛而又富有挑戰(zhàn)的。在此，我特別要感謝李想老師。從論文的開題、資料的收集，從內(nèi)容到格式，從標題到標點，老師一直很費心。謝謝老師的細心指導(dǎo)。畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，在老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助之下完成了畢業(yè)設(shè)計。對倒車雷達系統(tǒng)有了一個很本質(zhì)的認識。時光匆匆如流水，轉(zhuǎn)眼便是大學(xué)畢業(yè)時節(jié)，春夢秋云，聚散真容易。離校日期馬上就到了，從開始進入課題到論文的順利完成，一直都離不開老師、同學(xué)、朋友給我熱情的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！7參考文獻王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)（第四版）.西安交通大學(xué)出版社，2000楊凌霄，李玉玲.微型計算機原理及應(yīng)用.中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2004康華光，陳大欽，張林.電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）.高等教育出版社，2006余發(fā)山.單片機原理及應(yīng)用技術(shù).中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003丁鎮(zhèn)生，傳感器及傳感技術(shù)應(yīng)用（第1版）.北京電子工業(yè)出版社，1998王振紅，張斯偉.電子電路綜合設(shè)計.化學(xué)工業(yè)出版社，2008席愛民.模糊控制技術(shù).西安電子科技大學(xué)出版社，2008鍛九州.放大電路實用設(shè)計手冊.遼寧科學(xué)技術(shù)出